｛03｝兩輪智能小車－控制端軟體介紹與測試

網頁最後修改時間：2022/03/29

本篇要來介紹小車套件中不同分類所用的控制端軟體，內容有：

• （01）BLE 遙控車
  
• （01-01）BLEJoystick v0.2.0 畫面說明
  
• （01-01-01）BLUETOOTH LE 頁面
• （01-01-02）JOYSTICK 頁面
• （01-01-03）ADVANCED 頁面
• （01-02）BLEJoystick 操作輸出說明
• （02）BLE PID 循跡車
• （02-01）PCTCGUI m0p1 畫面說明
• （02-02）PCTCGUI 操作輸出說明
• （02-01-01）選擇通訊類型頁面
• （02-01-02）Bluetooth LE 頁面
• （02-01-03）側面選單
• （02-01-03-01）重置 GUI 設定值
• （02-01-03-02）顯示設定值
• （02-01-03-03）載入 GUI 設定值從
• （02-01-03-04）儲存 GUI 設定值到
• （02-01-04）小車狀態頁面
• （02-01-05）PID 頁面
• （02-01-06）執行時間頁面
• （03）結論

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• 兩輪小車 V1.0 DIY 套件－支援傳統藍牙、BLE、WiFi，相容於 Android 和 Windows

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** 下面操作需要受控端與控制端雙方的藍牙裝置，請記得事先打開！！！

【（01）BLE 遙控車】

BLE 遙控車作為受控端，接收來自控制端軟體的通訊數據，然後解析通訊數據，做為小車的目標 PWM 值和左右輪速輸出計算之用。

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* （01-01）BLEJoystick v0.2.0 畫面說明：

BLEJoystick 有三個主要頁面：

• "BLUETOOTH LE"：
  在這個頁面，會根據 "ADVANCED" 的設定，搜尋符合 Custom Service UUID 和 Custom Characteristic UUID 的 BLE 裝置，並與其連線和監控。
• "JOYSTICK"：操作虛擬搖桿的頁面。
• "ADVANCED"：BLEJoystick 程式的參數設定。像是虛擬搖桿大小和範圍的設定，或是 BLE 服務和特徵的 UUID 設定等...，都在這個頁面中。

BLEJoystick 沒有限制各頁面之間，必須等 BLE 裝置連線和特徵監控成功之後才可以做切換。但是沒有 BLE 裝置，操作數據是不會被傳送出去和顯示錯誤訊息的，只有 BLE 裝置通訊存在時才會有。

** （01-01-01）BLUETOOTH LE 頁面：

BLEJoystick 開機畫面一過就會進入到這一個頁面中，除非有要在 "ADVANCED" 頁面做什麼設定，否則只要直接按下 "Scan" 按鈕就會一鍵完成所有的連線和特徵監控的動作。

掃描的時間大概為 10 秒左右，成功就會如下圖所示一般，列出 BLE 裝置名稱、服務和該服務的特徵；若是沒有搜尋到，建議直接重啟 BLEJoystick 再掃描一次，會比再按一次 "Scan" 容易！

** （01-01-02）JOYSTICK 頁面：

進入到 "JOYSTICK" 頁面後，首先映入眼簾的是一個淺藍方形和藍色小圓，前者代表小圓可移動範圍限制區域，後者代表搖桿，兩者統稱為搖桿區域。

搖桿區域的中心點預設是在淡藍區域的中央，搖桿區域的建立只限定在淡藍區域但不限定位置。在這個淡藍區域，會以手指點下去的位置作為搖桿區域的中心點，所有搖桿移動距離的計算都是以此點作為依據。

若是不習慣預設的搖桿區域的大小設定，在"ADVANCED" 頁面可以自行設定方形邊長和小圓半徑。

手指在搖桿區域做移動時，上方會出現搖桿上下和左右的值，這兩個值會直接發送給小車。

搖桿發送的格式是這樣：

• 上下：代表前進和後退。
  ch3 ####\n
• 左右：代表左右輪差（若轉向太大，受控端計算得出負值則變成旋轉）。
  ch4 ####\n

** （01-01-03）ADVANCED 頁面：

進入到 "ADVANCED" 頁面中，可以設定搜尋符合特定服務 UUID 和其下層特徵 UUID 的 BLE 裝置、虛擬搖桿區域的設定，小車目標 PWM 值和左右輪偏差值。

Custom Service UUID （服務）和在其下層的 Custom Characteristic UUID （特徵）有其一定的規定和限制，不能隨便亂設！

對於 MLT-BT05 來說，只有最前面的 Service UUID 這四個 FFE0 和 Characteristic UUID 這四個 FFE1 字元可以做變換，其餘不能改！一改就會出問題，有興趣可以參考前一篇（ㄆㄜ ㄊㄧㄡ ㄙˋ: ｛02｝兩輪智能小車－BLE（Bluetooth LE，低功耗藍牙）模組的設定）網頁的說明。

但對於 ESP32 來說，並沒有上面的限制，可以自行在 UUID 的網站（例如，Online UUID Generator Tool）生成，但不要自己亂寫一通！

至於小圓半徑和正方形邊長就是搖桿的區域設定，因為每個人的手機並不一定一樣，所以若是搖桿區域大小的設定不盡你意，那麼就去調整這兩個參數試試！

最後的這兩個參數：

• SP：這個數值會做為 PWM 值輸出的最大值。例如 SP=100，那麼當搖桿往上到極限，左右為 0 時沒有設左右輪偏差值，表示小車左右兩輪都設定 PWM=100，小車前進。
  輸出格式是：SP ###\n
• tr：保留的選項，但這選項可以用，小車程式也有支援，主要是用來設定左右輪偏差值，一般來說維持為 0 就好。
  輸出格式是：lr ###\n

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* （01-02）BLEJoystick 操作輸出說明：

準備一個 BLE 模組（這裡使用 MLT-BT05，若使用其他模組，請自行去修改 Custom Service UUID 和 Custom Characteristic UUID）接上 USB 轉 UART 模組，然後打開串口調試助手。

手機端打開 BLEJoystick 並建立好與 MLT-BT05 的通訊，切換到 "ADVANCED" 頁面，設定 SP 等於 150 和 tr 等於 -20，然後按下 "Send To uC" 按鈕，可得到類似下面的輸出。

切換到 "JOYSTICK" 頁面任意移動搖桿區域裡的小圓，可得到類似下面的輸出。

【（02）BLE PID 循跡車】

不管是受控端或是控制端，PID 循跡車主要的差異在於，通訊方法的使用上以及主控板是 Arduino UNO 或是 ESP32。韌體程式和操作介面則都大同小異，熟悉其中一樣自然而然之後其他的也會很容易就能上手，下面就來看看 BLE 通訊的 PID 循跡車操作介面。

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* （02-01）PCTCGUI m0p1 畫面說明：

PCTCGUI 的頁面除了通訊選擇類型頁面之外，其餘皆由側面選單選擇（手指在軟體畫面向右滑即可叫出）。側面選單中有控制參數設定和機器人狀態監控這兩類四個頁面，參數讀取/寫入操作這一部分則是直接操作的動作沒有頁面。

** （02-01-01）選擇通訊類型頁面：

一打開 PCTCGUI，首先會開啟一個選擇通訊方式的畫面，直接點選 "Bluetooth LE"，會進入到 BLE 裝置搜尋的頁面（其他的選項現在不支援，保留作為後續使用）。

** （02-01-02）Bluetooth LE 頁面：

進入到 "Bluetooth LE" 頁面後，直接點選 "掃描 BLE 裝置"，搜尋有著 PCTCGUI 預設 Custom Service UUID （服務）和在其下層的 Custom Characteristic UUID （特徵）的 BLE 裝置。

成功與 BLE 裝置（這裡指的是 MLT-BT05）連線之後，會出現搜尋到的 BLE 裝置名稱（名稱若沒修改就是 MLT-BT05，此時 MLT-BT05 上面的紅燈應該要恆亮），接著點選 MLT-BT05 就會開始監控特徵進行通訊並跳至"小車狀態"的頁面。

** 這個 PCTCGUI 的版本沒有開放可自行定義 Service UUID 和 Characteristic UUID 的參數功能，所以不要任意修改 BLE 裝置裡這兩個部分的設定值，維持出廠預設值即可。

成功啟動特徵監控之後，會自動切換到小車狀態的頁面，並提示開始監控，按下 "OK" 離開回到頁面中。

** （02-01-03）側面選單：

接著用手指在畫面中向右滑動叫出側面選單。

按下控制參數設定和機器人狀態下面的按鈕後，會跳至其對應的頁面。

若是按下參數讀取／寫入操作下面有 > 的這幾個按鈕，則會出現如下圖所示的選單在螢幕中央。選單分為"本地"、"遠端現行設定"和"遠端 EEPROM"，點選後會根據上一層選擇進行相對應的參數讀取/寫入的動作，下面就針對這個部分來做說明。

** （02-01-03-01）重置 GUI 設定值：

按下"重置 GUI 設定"，則所有的 PCTCGUI 軟體裡面所有的參數設定都會恢復到預設值（這些預設值是寫死的不能更改），參數調整可以依此作為基礎值調整。

** （02-01-03-02）顯示設定值：

按下"顯示設定值"，點選選單中選項，就會將本地檔案裡的參數值（已儲存的參數值，非預設值）、小車現行運行的參數值或儲存在 Arduino UNO EEPROM / ESP32 Flash 中的參數值，取得輸出到"小車狀態"頁面中間的文字欄位裡。

利用這個選項可以確認 GUI 與小車之間的參數值是否一致？又或是 PID 參數還未調整好之前需要看小車現行參數值、等待完全調整好之後再儲存到 EEPROM / Flash 中等...，方便調整時查看參數。

** （02-01-03-03）載入 GUI 設定值從：

按下"載入 GUI 設定值從"，點選選單中選項，就會將本地檔案裡的參數值（已儲存的參數值，非預設值）、小車現行運行的參數值或儲存在 Arduino UNO EEPROM / ESP32 Flash 中的參數值，取得並取代現有 GUI 裡面的所有參數值。

PCTCGUI 啟動後會預先載入儲存在本地檔案裡的參數值（非預設值）；而小車啟動後載入的則是預設值（非 EEPROM/Flash 裡的值）， EEPROM / Flash 裡面儲存的是之前的參數值。所以利用這個選項，可以載入不同的參數值作為調整的依據基礎。

** （02-01-03-04）儲存 GUI 設定值到：

按下"儲存 GUI 設定值從"，點選選單中選項，就會將 GUI 裡所有的參數值，儲存到手機本地檔案或作為小車現行記憶體參數；又或是將小車現行記憶體參數直接儲存到 EEPROM / Flash。

** 這裡有一點要特別解釋一下："儲存 GUI 設定值從 / 遠端 EEPROM（Remote EEPROM）" 這一組選項，其實是將小車現行記憶體參數直接儲存到 ArduinoUNO EEPROM 或 ESP32 Flash，而不是將 GUI 的參數值儲存到小車的 EEPROM / Flash。

利用這個功能，調整後的參數值可以直接丟給小車做測試，在完成調整後，可將這組參數儲存在手機本身或是小車 EEPROM / Flash 中，避免每一次都要重新調整的不便！

** （02-01-04）小車狀態頁面：

小車狀態頁面除了作為發送/接收訊息數據之用外，最上面的區域可以用來反應即時的循跡模組的狀態，其他的區域看下圖的說明。

小車狀態輸出格式是：

• 開始/停止 監視感測器值：
  SM\n
• SP：馬達初始驅動速度。
  SP ###\n
• "START" / "STOP"：開始/停止 PID 循跡。
  ST\n

** （02-01-05）PID 頁面：

"PID" 頁面，就是用來調整如下所示的 PID 公式裡面的 K_p、K_i 和 K_d 這三個參數的地方。

調整的方法，就是以預設值作為基礎，設定好 SP 值然後按下 "START" 開始 小車的 PID 循跡，再依照小車實際循跡時的擺動情況調整 PID 參數值，讓小車循跡時越 Smooth 越好。

至於 PID 調整，有很多方法論可以參考，但不管如何就是經驗，就像打團戰遊戲一樣，同樣的策略對戰不同的隊伍，有誰可以可以保證勝率可以維持百分之百？

即使是外觀同樣的 PID 循跡車，只要循跡路徑不同、 PID 公式的實作方式不同、PID 參數調整的不同，那麼它就與眾不同！

PID 參數調整的輸出格式是：

• K_p：PID 中的 KP (比例項) 設定值。
  KP ###\n
• K_i：PID 中的 KI (積分項) 設定值，此值輸入後會除以 100 再指定給 KI 變數。
  KI ###\n
• K_d：PID 中的 KD (微分項) 設定值。
  KD ###\n

** 如果不懂什麼是 PID 的話，可以看看這篇 ㄆㄜ ㄊㄧㄡ ㄙˋ: {2} 自製四軸無人機 - PID 調整後的飛行測試 網頁的介紹。

** （02-01-06）執行時間頁面：

在"執行時間"頁面中，可用來設定每一次 PID 公式計算的時間，以及每隔多少次的迴圈輸出一次 PID 計算值。即使不設迴圈時間，程式執行也需要時間，所以根據主控板和控制端硬體性能選擇適當的迴圈時間就很重要。

"執行時間"頁面中的參數與 PID 公式裡面的時間 t 有關，一但修改就會影響到原有的 PID 公式的計算，所以如果沒必要就維持預設值就好。

執行時間參數的輸出格式：

• LT：迴圈執行時間。
  LT ###\n
• LC：幾次 LT 後輸出一次計算數據（受控端要打開 SERIAL_DEBUG）。
  LC ###\n

** （02-01-07）手動控制頁面：

PCTCGUI 沒有提供虛擬搖桿的功能，取而代之的是手動控制按鈕。

每個動作的速度（PWM）輸出值由 SP 控制，但要記得設定後要傳送給小車，否則數值不會生效。

各個手動控制按鈕的輸出格式（由上而下，由左而右）是：

• 小車逆時針旋轉：LR\n
• 前進：FR\n
• 小車順時針旋轉：RR\n
  -----------------------------------
• 停止：SO\n
  -----------------------------------
• 左轉彎：TL\n
• 後退：BW\n
• 右轉彎：TR\n

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* （02-02）PCTCGUI 操作輸出說明：

用圖片來說明 PCTCGUI 與小車之間的通訊指令輸出很不方便，所以我拍攝了手機實際操作和 BLE 模組建立通訊之後的指令輸出的影片。

** BLE 模組是直接插在電腦用串口調試助手做接收，所以不會有資料回傳到手機端的 PCTCGUI。

【（03）結論】

本篇介紹和說明了 BLE 遙控車和 BLE PID 循跡車控制端的手機程式 BLEJoystick 和 PCTCGUI 的使用方法，以及控制指令的輸出格式。如果想試用的這兩個手機 APP 的話，可以用露露通跟賣場申請（也就是說，要有露天的帳號才可以申請試用），其他方式不接受申請！

沒有軟體和韌體是完美的、沒 BUG 的，有任何正面建議歡迎在此留言分享！

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